单片机和嵌入式系统概述

第一章单片机(和嵌入式系统)概述

1.1 单片机（和嵌入式系统）的发展

1.1.1 计算机发展的三个浪潮

１第一个浪潮（1946～1975）, 大型机硬件导向：计算机只能由专家操作，把处理后的信息交用户使用，信息处理与使用分离。─集中处理时代２第二个浪潮（1976～1993）台式计算机导向：ＰＣ机普及，信息由处理者个人享有不能互发信息，难以共享。信息处理与使用者结合。─分散处理时代

３第三个浪潮（1994～?）,网络导向：计算机通过网络互连进行全球通信，引入网络就是计算机的新概念。软件可以象数据一样驻留在网络上，软件程序可以实时执行，用户可随时到达存放所需程序的地址，而不受计算机类型和操作系统的限制。信息收集、处理、分析和存储都商业化。─网络处理时代

1.1.2 计算机发展简史

第一代到第四代计算机都是以电子器件的发展更新来划分的，而第五代以后的计算机则是以设计思想的更新来划分。

１第一代电子管计算机（1946～1958）

（１）硬件

逻辑器件：电子管和继电器

内存：汞延迟线，静电存储管，５３年出现磁芯（统治２０年）

外存：磁带机、穿孔纸带机和卡片机，５６年ＩＢＭ生产磁盘机

（２）软件：５４年以前几乎没有软件，主要用机器语言--二进制代码指令后期发展了汇编语言

（３）性能

运算速度：几千次到几万次

平均稳定运行时间：几小时

（４）特点

体积大、功耗大、价格大，速度慢、容量小、可靠性差（５）典型机器

1942年美籍保加利亚人，爱荷华州立学院数学系文森特.阿培纳索夫（Vincent Atanasoff）与其助手克里夫德.贝利（Clifford Berry）研制成功世界上第一台数字电子计算机ABC。采用300个电子管，用电容器做存储器，穿孔卡片作为辅助存储器，运算速度为1次/s。用于解线性代数方程。1973年美国法院把发明权归属于阿培纳索夫。

由美国宾夕法尼亚大学的工程师埃克特（J.Presper Eckert）和物理学家毛希利（，于1946年2月正式公开表演数字式电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）。1947年运到马里兰州陆军阿伯丁试炮场的弹道研究实验室正式使用。

用了１８８００只电子管、１２bit字长、内存１７kB，300次乘法/s, 5000次加法/s，占地165 m2，重量３０T，耗电１５０kW。

１９５３年４月ＩＢＭ－７０１

１９５４年１１月ＩＢＭ－６５０

１９５８年１０３（ＤＪＳ－１）

１０４（ＤＪＳ－２）

２第二代晶体管计算机（1958～1964）

（１）硬件

逻辑器件：晶体管

内存：磁芯

外存：磁盘和磁带机

（２）软件

汇编语言、高级语言FORTRAN、COBOL(59年开发，61年完成)、ALGOL （1960年）的编译系统，管理/监控程序

（３）性能

运算速度：几万到几十万次／秒

平均稳定运行时间：数十小时

（４）典型机器

１９５９年１１月ＩＢＭ７０９０

１９６２年９月ＩＢＭ７０９４

４４１Ｂ

１０８－乙（ＤＪＳ－６）

１０９

Ｘ－２

３第三代集成电路计算机（1964～1971）

（１）硬件

逻辑器件：中小规模集成电路

内存：磁芯存储器和磁膜存储器

６９年ＩＢＭ３６０／８５部分采用半导体存储器

７０年ＩＢＭ３７０／１４５全部采用半导体存储器外存：磁盘（机）

（２）软件

６5年出现高级语言ＢＡＳＩＣ，６０年代末发明高级语言PASCAL(67年开发，71年完成)，并出现多道、分时操作系统和网络系统软件

（３）性能

运算速度：几十万到几百万次／秒

平均稳定运行时间：几百小时

（４）典型机器

１９６４年ＩＢＭ３６０ＤＪＳ－２００

１９７１年ＩＢＭ３７０７０９（ＴＱ－１６）

ＮＯＶＡ（ＤＪＳ－１００）

ＰＤＰ－１１（ＤＪＳ－１８０）

１９７４ＤＪＳ－１３０

４第四代大规模集成电路计算机（1971～?）

（１）硬件

逻辑器件：大规模集成电路

内存：大规模集成电路

外存：磁盘、光盘

（２）软件

高级语言FORTH（70年）、Ｃ（72年）、Ada（79年）、LOGO

人工智能语言LISP、Prolog

操作系统、数据库管理系统、Windows

（３）性能

运算速度：几千万到几亿次/秒

（４）典型机器

１９８１年Cyber-205、Cray-1、ＹＨ－１（１亿次／秒）

ILLIAC-IV（美宇航局阿姆斯中心）:64个处理机, 1.5亿～２亿次/秒

PEPE（美弹道导弹防御局）:256个处理机, 10亿次/秒

70年代计算机技术开始加速，80年代２～３年就一个档次飞跃，90年代一年一个样，机器的生命周期仅１～１.５年。

Intel 8086/8088 IBM PC/RT

80286 IBM PC/AT

80386

80486

Pentium CPU 含310万个晶体管，速度可达1.12亿次／秒

Pentium Pro CPU 含520万＋1550万个晶体管

Motorola 68000→68010→68020→68030→68040 Apple Macintosh ５第五代人工智能计算机

这是面向知识处理的新型计算机，其目标是能通过推理做出判断，能听懂自然语言，能识别印刷体和手写体字，能对语言的意义加以理解，能说自然语言，甚至可能在思考问题方面超过人类的个体。但是由于种种原因，日本实施的第五代计算机计划未能成功。

６第六代神经网络计算机

这是一种仿真人大脑结构的新型计算机。目标是可以对图形、图像直接处理，对非逻辑的复杂问题具有推断和知觉判断的能力，甚至还具有总结经验教训、归纳推理的能力。

95年11月中科院半导体所研制成功数字和模拟混合电路的神经网络计算机“预言神一号”，2000万亿次／秒，可用于图像、文字和语音识别。

1.1.3 微处理器与微型计算机发展简况

1. ×86系列

⑴Intel

71 72 74 78 79 82 85 89